A borivás előnyei és hátrányai egy kromatográfus szemével Mihucz Viktor Gábor (ELTE TTK, Kémiai Intézet) Alkímia Ma előadássorozat 2012/2013: Budapest, 2013. április 18.
A borkészítés rövid története A bor története egyidős az emberiség történetével; Az emberiség számára számos kultúrában a bor erjesztése és oxidációja jelentette az első kémiai reakcióval való találkozást; Kr. e. 6000: a borkészítés megjelenik Mezopotámiában és a Kaukázusban; Kr. e. 5000: elterjed a Földközi-tenger déli partján és Egyiptomban; A római hódítás nagy szerepe a borkultúra terjedésében.
Makroklimatikus tényezők szerepe a szőlő termesztésében tenyészidőben! A szőlő alapvetően hőigényes növény! A júniusi-szeptemberi középhőmérsékletnek 1 C-kal való emelkedése 20 g/l cukorral növeli meg a termés cukortartalmát! Csapadékigény: 300 800 mm/év.
Magyarország borvidékei 1 Soproni borvidék 2 Nagy-Somlói borvidék 3 Balatonmelléki borvidék 4 Balaton-felvidéki borvidék 5 Badacsonyi borvidék 6 Balatonfüred-Csopaki borvidék 7 Balatonboglári borvidék 8 Pannonhalmai borvidék 9 Móri borvidék 10 Etyek-Budai borvidék 11 Ászár-Neszmélyi borvidék 12 Tolnai borvidék 13 Szekszárdi borvidék 14 Pécsi borvidék (Mecsek-alja) 15 Villányi borvidék 16 Hajós-Bajai borvidék 17 Kunsági borvidék 18 Csongrádi borvidék 19 Mátrai borvidék 20 Egri borvidék 21 Bükki borvidék 22 Tokaj-Hegyaljai borvidék
A nagyüzemi borkészítés lépései Szüret Darálás Áztatás és erjesztés Préselés Derítés Stabilizalás Palackozás Kocsány gépi eltávolítása! Szüret Darálás Áztatás Préselés Erjesztés Derítés Stabilizalás Palackozás almasav tejsav Forrás: palatepress.com Vörösbor: fajélesztőkkel végrehajtott tejsavas (malolaktikus) fermentáció: almasav tejsav (testes!)
Borvizsgálatok célja Minőség-ellenőrzés: a nemzetközi piacot irányító törvényi szabályozás által előírt termékbiztonság; Minőségfejlesztés: a bor gyártási folyamatának javítása. Az Analitikai Kémia egyre növekvő szerepe a világ borgyártásában.
Törvenyileg szabályozott borvizsgáltok I. Alkoholtartalom meghatározása Illékony savak meghatározása SO 2 és egyéb tartósítószerek Redukáló cukrok Nehézfémek Metanoltartalom Eredetiségvizsgálat OIV-szabványok Magyarországon: Bortörvény (2004/XVIII)
Törvenyileg szabályozott borvizsgáltok II. Alkoholtartalom meghatározása: desztillációval 2Cr 2 O 7 2- + 3C 2 H 5 OH + 16H + 4Cr 3+ + 3CH 3 COOH + 11H 2 O Cr 2 O 7 2- (feleslege) + 6Fe 2+ + 14H + 2Cr 3+ + 6Fe 3+ + 7H 2 O Illékony savak meghatározása: pl. CH 3 COOH, sav-bázis titrálás, GC SO 2 és egyéb tartósítószerek (benzoesav, natamicin): Szabad SO 2 : SO 2 + I 2 + 2H 2 O SO 4 2- + 2I - + 4H + I 2 + 2S 2 O 3 2-2I - + S 4 O 6 2- Kötött SO 2 : Redukáló cukrok: Cu 2+ + RCHO +H 2 O Cu 2 O + RCOOH + H + Cu 2+ (feleslege) + 4I - CuI+ 2I 2. Toxikus fémek: As, Hg, Cd és Pb HG-AAS AAS Metanoltartalom: GC-FID Eredetiségvizsgálat: hígítás tablettás bor ; ujjlenyomat-vizsgálatok
Néhány szó a transz-rezveratrolról Transz-rezveratrol (3,5,4 trihidroxi-stilbén) természetes polifenol, melyet növények állítanak elő - gombaölő szer. Szőlőlevélben, szárban és -héjban, való képződése gombás fertőzések elleni ellenállóképesség növelésével hozható összefüggésbe. Szintézisét indukálhatja abiotikus stressz: UVbesugárzás, nehézfémek (pl. Cu bordói lé!), sérülések. Az emberi szervezet számára fontos antioxidáns, melynek forrása szőlő és egyes bogyós növények.
A francia paradoxon (1991) A francia konyha zsíros szívkoszorúér betegség miatti halálozás száma azonban kicsi egyéb fejlett országokhoz képest. A franciák rendszeresen fogyasztanak vörösbort.
Nutraceuticals: etimológia és meghatározás nutrition + pharmaceuticals. Élelmiszer vagy élelmiszeripari termék, melynek fogyasztása egészségesnek vélt, betegségeket lehet velük megelőzni. Élelmiszerből kivont és tisztított termék gyógyszer formájában árusítják. Bizonyított, hogy van egészségre kifejtett jótékony hatása, idült betegségekre javallott.
Néhány példa bioaktív anyagra β-karotin likopin szulforafán fokhagymaolaj ginsengkivonat antocianinok flavonoidok transz-rezveratrol
Dúsított élelmiszerek vagy táplálékkiegészítők? Táplálékkiegészítők Funkcionális élelmiszerek: dúsított élelmiszerek Visszaállítani a tápértéket, mely az előállítás során elveszett. Tápanyagok hozzáadása : Mg 2+, D-vitamin tejhez. Gyógyélelmiszerek: orvos felügyelete alatt (pl. aminosavak izületi gyulladásra). Farmaceuticals: farm + pharmaceuticals biotechnológia
Exogén vs. endogén mód a transz-rezveratroltartalom növelésére Exogén: transz-rezveratrol hozzádadása élelmiszerhez: pl. - Aspergillus niger β-glucosidae transzrezveratrolt termel hozzáadása borhoz nem változtatja a fizikai-kémiai tulajdonságokat (bouquet). Endogén - borban: transz-piceid (stilbénglikozid hidrolízisével) - szőlőben
Endogén transz-rezveratrol-tartalomnövelése szőlőben - Szüret után szőlőfürtök besugárzása UV C-fénnyel; - Rövid anoxi kezelés (pl. 24 h) nitrogéngázzal (1,1 mbar) töltött vákuumkamrákban (< 1 mbar); - Szakaszos és folyamatos O 3 -besugárzás (pl. 38 napig 0 ºC-on majd 6 napig 15 ºC-on). szerény eredmények
Borok transz-rezveratrol-tartalmát befolyásoló tényezők Szőlőfajta Tárolási idő Oxigén mikro-oxigénezés Tárolóedény anyaga: rozsdamentes acél, tölgyfahordó, üveg.
Tölgyfahordók szerepe a borgyártásban Faillat: Tölgyhordóban való érlelés (barrique) a Franciaországban és Kanadában honos tölgy - vanília, vaj és fűszeres ízt kölcsönöz a bornak. Magyar, szlovén tölgy semleges illat. Porózus anyag: oxigén áteresztőképessége nem idéz elő oxidációt. - ellagitanninok szabadulnak fel könnyebben oxidálódnak - fenol anyagtranszportja a fából, az oxigén-áteresztőképesség és a fa adszorpciós kapacitása az alábbi tényezőktől függ: földrajzi eredet, fa : bor érintkezési felület, borpince páratartalma, hőmérséklete, alkoholtartalom, borösszetétel, a hordó felhasználásának száma.
Kísérleti munka célja Borok transz-rezveratrol-tartalomváltozásának nyomon követése - tárolási idő - tároló anyaga (rozsdamentes acél, tölgyfa) - borászati technológia: kocsánnyal (hagyományos, házi) vs. kocsány nélkül (nagyüzemi) érlelt bor függvényében.
2007-es évjárat Transz-rezveratrol és transz-piceid borokban ng/ml koncentrációban
Egri borminta trans-rezveratrol HPLC-UV kromatogramja Egy kis kromatográfia: Forrás:en.wikibooks.org Forrás:agilent.com [mv] 80 Merlot borminta(2009-es évjárat) Voltage 60 40 trans-resveratrol 26.41 trans-cinnamaldehyde 20 30.78 0 5 10 15 20 25 30 Time [min.]
Tárolási idő hatása transz-rezveratrol tartalmára rozsdamentes acéltartályokban [mv] 300 Trans-resveratrol concentration as a function of storage time 250 trans-resveratrol concentration (µg/ml) 7 6 5 4 3 2 1 Blauburger Blaufranker Merlot Chardonnay Voltage 200 150 100 50 0-50 Stabilizáció kb. 5 hónap alatt trans-resveratrol IS 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 Time (months)
További tárolás hatása tölgyfahordókban transz-rezveratrol koncentráció (μg/ml) ± szórás. Érlelés Vörösbor Fehérbor Tartály anyaga Idő Blauburger Blaufranker Merlot Chardonnay (hónap) Rozsdamentes 5 2,32 ± 0,19 2,26 ± 0,18 3,56 ± 0,14 0,08 ± 0,014 acél Tölgyfahordó 12 2,28 ± 0,27 1,30 ± 0,15 3,13 ± 0,25 0,07 ± 0,016 Zemplén-hegységi tölgyfahordók. Egyszer volt használva. Előtte hidegvízzel kimosva. Kéntabletta égetése. Tölgyfaforgács égetése.
Transz-rezveratrol koncentráció kocsánnyal és kocsány nélkül érlelt borban transz-rezveratrol koncentráció (μg/ml) ± szórás Minta Blaufranker Cabernet Franc kocsány nélkül 3,36 ± 0,13 0,44 ± 0,12 1,3 2,8 kocsánnyal érlelt 4,46 ± 0,10 1,24 ± 0,07
Etil-karbamát borban és szeszesitalokban
Etil-karbamát Etil-karbamát (EC) vagy uretán ng/l mg/l koncentrációban található meg számos, erjesztéssel készített élelmiszerben vagy italban. A WHO a 2A rákkeltő vegyületek osztályába sorolta az EC-t potenciálisan rákkeltő az emberi szervezetre nézve. Max. megengedett EC-bevitel 0,3 mg/kg. Becsült napi bevitel releváns élelmiszerekkel (kenyér, tejtermés és szójaszósz): 15 ng/kg Alkoholos italok EC koncentrációja: 0,01 12 mg/l, így a becsült napi bevitel elérheti a 80 ng/kg. Egészségügyi határértekek (µg/l): Ország Bor Likőrbor Égetett szesz Szaké Gyümölcslikőr Kanada 30 100 150 200 400 Cseh Köztársaság 30 100 150 200 400 Franciaország - - 150-1000 Németország - - - - 800 USA 15 60 - - - Svájc - - - - 1000
Az EC lebomlása az emberi szervezetben Az EC mind a gyomorban, mind a bőrön szinte teljesen és azonnal felszívódik. Az EC metabolizmusa 3 féleképpen történhet: - hidrolízis észteráz enzimmel májban; termékek: EtOH+ NH 3 + CO 2. - OH-csoport bevitele N atomra: citokróm P450 által. UTÁNA azonban: észteráz enzimmel: NH 2 -OH keletkezik NO + O 2 oxidálja a DNS-t! - OH-csoport bevitele C atomra és oldallánc oxidáció. Rágcsálókban az EC - 5%-a ürül ki a szervezetből változatlan formában; - 90%-a hidrolízissel; - 0,1%-a N-hidroxi-karbamát formában; -0,5%-a vinil-karbamátformában. VESZÉLYES!!! Epoxigyűrűkeletkezik, mely a DNS-hez kovalensen kötődik.
Etil-karbamát képződése élelmiszerekben I. Karbamid + etanol: NH 2 -CO-NH 2 + C 2 H 5 OH C 2 H 5 O-CO-NH 2 + NH 3 reakciósebesség azonban csekély szobahőmérsékleten. A reakciósebesség nő sütéssel, forralással és pirítással. Karbamidforrás: - erjesztéssel készült élelmiszerek: joghurt, sajt, kenyér, alkoholos italok - nyersen: tej (néhány száz mg/l) élesztő szőlő erjesztésekor: arginin karbamid bort 24 ºC alatt kell tárolni.
II. Etil-karbamát képződése karbamid bomlásával 60 100 ºC-os alkoholos oldatokban a karbamid izocianát- és cianátionokra bomlik. vagy: Hő hatására, a karbamid ciánsavvá bomlik: Izocianátion savas közegben alkohollal EC-ot eredményez:
III. Szintézis cianidionokonkeresztül Több mint 2000 növényfaj képez cianoglükozidokat szénhidrát + HCN. Lassú reakció: Réz(II)-katalizátorral: Szinergizmus: Cu(II) + UV-fény!
IV. EC-képződésadalékanyagokból Dietil-karbonát: antimikrobiális, környezetbarát oldószer vagy reagens. Ammóniával EC-ot eredményez:
V. EC-képződésgázfázisban Az EC forráspontja 184 ºC. A likőrök EC-tartalmának 80%-a a lepárlás során vagy a lepárlást követő 48 órában keletkezik. HCN és HCNO (illetve HOCN) jelen lehetnek vagy keletkeznek a lepárlás során. Forráspontjuk 30 ºC, így EC heterogén fázisú reakcióban is keletkezhet réz(nikkel)felületen már 27 ºC-on:
EC-meghatározás Elválasztástechnika + detektálás. Ehhez gyakran xanthidrolt alkalmaznak érzékeny detektálás fluoreszcenciás detektorral. Származékképzés: Gerjesztés: 238 nm Detektálás: 300 nm www.boomer.org
EC-tartalom(μg/L) kis (K)- és nagyüzemi (I) méretben gyártott borokban Magyarországon Vörösborok: 1 & 22 Egri Bikavér; 13 Pinot Gris; 16 Zákányi Zweigelt; 17 Dankó Bócsa ; 21 Kékrankos; 23 Zákányi Kékfrankos; 24 Villányi kékfrankos; 27 Hajósi Cabernet Sauvignon; 28 Zákányi Othello; 29 Szekszárdi Kékfrankos; 30 Dél-Dunántúl Kékfrankos; 31 Kékoportó; 32 Balatonboglári Pinot Noir. Fehérborok: 2- Tokaji Furmint; 3 Zempléni Furmint; 4 Sárga muskotályos ; 5 Egri Chardonnay; 6 Édes Szamorodni; 7 Fehérrizling; 8 Badacsonytördemici Budai Zöld; 9 5-puttonyos Tokaji Aszú; 10 Házi; 11 Hárslevelű Furmint cuvée; 12 Mátraaljai Muscat ; 14 Soltvadkerti Kövidinka; 15 Zánkai Riesling; 18 Móri Ezerjó; 19 Pannonhalmi Fehérrizling; 20 Badacsonytördemici Rizling; 25 Muskotályos cuvée; 26 Etyeki Rizling; 33 házibor.
EC-meghatározás szeszesitalokból EUR-Lex (2010). Commissionrecommendationof 2 March2010 onthepreventionand reductionof ethyl carbamate contamination in stone fruit spirits and stonefruitmarcspiritsandonthemonitoring of ethyl carbamate levels in these beverages. Official Journal of the European Union, 53(L52), 53 57 Rendelkezés: az EU-tagállamoknak rendszeresen mérniük kell a szeszesitalok EC-tartalmátés jelenteniük a mért értékeket. EEC No 1576/89: pálinka = Magyarországon és Ausztriában kétszeresen lepárolt gyümölcslikörök.
EC-tartalom (μg/l) kis (K)- és nagyüzemi (I) méretben gyártott pálinkában Magyarországon Som Birs Eper Alma Szeder Kajszi Meggy jelleg K N K K N K K N K K <2 860 721 <2 137 210 <2 113 525 1390 Cseresznye Alapanyag Őszibarack Szilva Körte Ribizli Hecserli Berkenye jelleg N K K N K N K (bio) K K K 310 475 <2 422 2609 105 30 <2 <2,8 106
Következtetések Nem kellene teljesen mellőzni a hagyományos borkészítési technikákat; Továbbra is fontos szerepe kell, hogy jusson a minőségbiztosításnak és minőségellenőrzésnek bor és szeszesitalok előállításánál.
Köszönetnyilvánítás ZárayGyula(ELTE) Rácz László(EKTF, Eger) RáczJózsef, SzabóIstván(Korona Borház, Eger). Pál Róbert (TODAY SCIENCE Kft. és a Young Lin Instruments Co. hivatalos képviselője). Klencsár Balázs(ELTE) AjtonyZsolt(Nyugatmagyaroszági Egyetem) Szoboszlai Norbert(ELTE) Bencs László(KKKI) Zsolt Ajtony, Norbert Szoboszlai, László Bencs, Erna Viszket, Victor G. Mihucz: Determination of ethyl carbamate in wine by high performance liquid Chromatography, Food Chemistry (közlésre elfogadva) Balázs Klencsár, Norbert Szoboszlai, László Rácz, Gyula Záray, Victor G. Mihucz: Trans resveratrolcontent of wine as a function of oenological practices and winemaking, Scientia Agricola (bírálat alatt) Köszönöm a megtisztelő figyelmüket!